什么是碳化硅？

碳化硅是由硅与碳元素以共价键结合的非金属碳化物，又名金刚砂，化学符号为SiC（英文Siliconcarbide），其晶体结构分为六方或菱面体的 α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)，碳化硅是由美国人艾奇逊在1891年电熔金刚石实验时，在实验室偶然发现的一种碳化物，当时误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，1955年LELY提出生长高品质碳化硅概念，从此将SiC作为重要的电子材料。

碳化硅是卓越的半导体材料

碳化硅是第三代半导体，因其理想的物理特性，相比传统半导体材料硅，在高能耗和极端环境中更具优势，碳化硅器件具备能耗更优，体积更小，高稳定性，适用于电动汽车、光伏逆变、航空航天、工业等领域。

碳化硅的分类及制备技术

碳化硅按照晶体结构可分为α-SiC（六方结构），常见于高温应用（如磨料、耐火材料）和β-SiC（立方结构），适合半导体器件（如功率器件、射频芯片）。按导电性能可分为导电型，用于功率器件（如MOSFET、二极管）和半绝缘型，用于高频射频器件（如5G基站、雷达）。

碳化硅单晶的生长技术包括主流的物理气相传输法（PVT），通过高温（>2000°C）升华碳化硅粉末通过温度梯度驱动气相传输至籽晶表面再结晶；二是高温化学气相沉积（HTCVD），在高温反应腔中通入硅烷和碳氢化合物，通过气相反应在籽晶表面沉积生长SiC单晶，这种方式能够提升晶体质量，但成本较昂贵。三是液相法，将硅和碳溶解于金属溶剂，在高温下通过缓慢降温使SiC从溶液中析出，在籽晶上生长单晶。另外还有化学气相沉积（CVD），用于高质量外延层生长，支持复杂器件结构。

“大尺寸”“缺陷控制”“应用扩展”是未来碳化硅产业发展方向

目前碳化硅晶圆仍以6英寸为主，技术趋势是往8英寸晶圆发展，如何优化PVT工艺或开发液相法（LPE）以减少晶格缺陷，提高良率并降低成本是发展的关键因素，另外与氮化镓（GaN）、硅基器件异质集成，将高效提升系统性能（如混合SiC-GaN功率模块）。

在应用领域方面，新能源汽车是最大增量市场，若新能源汽车主逆变器、车载充电器（OBC）全面采用SiC， 将至少提升续航10%-15%，器件体积减少50%，利于电池优化，800V高压平台的普及需碳化硅MOSFET支持高压、低损耗。在可再生能源方面，光伏逆变器、风电变流器的高效化需求进一步推动碳化硅市场发展，在5G/6G通信领域，半绝缘SiC衬底用于射频前端模组（PA、LNA），适配高频毫米波，在航空航天与工业领域，碳化硅耐高温器件替代传统硅基方案，可减轻系统重量，减少散热需求，提升器件性能。

据LMC Automotive机构预测，2025年8英寸晶圆的量产化，车用SiC渗透率有望超过30%，随着成本的进一步下降，2030年全球碳化硅市场规模有望突破100亿美元，在光伏及储能领域替代传统硅基器件，长期来看，碳化硅SiC与氮化镓GaN、氧化镓Ga2O3形成“高压-高频-中低压”分工，推动全球能源与通信系统的效率革命，碳化硅产业目前处于爆发前夜，技术突破与政策支持的双向引导加速其高端可选到主流必选的转变。